Материал: Морозов Скхемные решения и принтсипы работы пассивныкх систем 2015 (1)
Рис. 2.5. Схема системы отвода остаточных тепловыделений реактора ВК-300: 1 – реактор, 2 – конденсатор, 3 – бак аварийного расхолаживания,
4 – СООТ
Запуск системы отвода остаточных тепловыделений в работу происходит пассивно при снижении уровня в реакторной установке и, соответственно, в конденсаторе СООТ. В системе реализованы следующие основные пассивные принципы действия при нарушении нормального теплоотвода:
охлаждение реактора за счет естественной циркуляции теплоносителя через конденсатор СООТ;
пассивное охлаждение конденсатора отвода остаточных тепловыделений естественной циркуляцией во 2-м контуре системы с помощью воды из баков аварийного расхолаживания (БАР), размещенных за пределами защитной оболочки;
56
длительная аккумуляция тепла в баках аварийного расхолаживания, объема БАР достаточно для отвода тепла от реактора в течение суток;
пассивное охлаждение БАР естественной циркуляцией в системе отвода остаточных тепловыделений к конечному поглотителю (окружающему воздуху) позволяет практически неограниченно увеличить время отвода остаточных энерговыделений от реактора
[61].
2.3 Системы пассивного отвода тепла водо-водяных реакторов
2.3.1 Зарубежные проекты реакторов
2.3.1.1 Реактор AP-1000 (США)
После аварии на АЭС Three Mile Island Министерством энергетики США (U.S. Department of Energy) была запущена программа разработки усовершенствованных легководяных реакторов
(Advanced Light Water Reactor – ALWR), оснащенных пассивными системами безопасности. В 1985 г. компанией Westinghouse в рамках данной программы был разработан проект реактора электрической мощностью 600 МВт АР-600 (Advanced Passive) [62]. Позднее для улучшения экономических показателей АЭС на основе основных технических решений, заложенных в проект АР-600, был разработан проект реактора с электрической мощностью 1117 МВт (тепловая мощность – 3415 МВт), который получил название АР-1000. Для повышения безопасности в данном проекте широко используются пассивные системы безопасности [63].
В состав системы пассивного охлаждения активной зоны реактора АР-1000 входит теплообменник пассивного отвода остаточ-
ных тепловыделений (Passive Residual Heat Removal Heat Exchanger – PRHR HX), изображенный на рис. 2.6 [64].
57
Рис. 2.6. Теплообменник пассивного отвода остаточных тепловыделений реактора АР-1000: 1 – реактор, 2 – теплообменник пассивного отвода
тепла, 3 – бассейн выдержки отработанного топлива, 4 – парогенератор
Теплообменник предназначен для отвода остаточного тепла от реактора при аварии с плотным контуром, в которой происходит потеря возможности отвода тепла от АЗ через парогенераторы, а также при авариях с малой течью. Вход теплообменника соединен с петлей № 1 ГЦК через линию, которая открыта в режиме нормальной эксплуатации. Выход, соединенный с камерой холодной ветки ПГ, обычно закрыт арматурой. Трубки теплообменника погружены во внутриконтейнментный бассейн перегрузки топлива (InContainment Refueling Water Storage Tank – IRWST) объемом
~2784 м3 и находятся выше уровня трубопроводов первого контура. Теплообменник состоит из входного и выходного коллекторов, соединенных с помощью 689 С-образных труб диаметром ~19 мм и средней длиной около 8 м. Поверхность теплообмена имеет опре-
58
деленный запас, который позволяет заглушить около 8 % трубок (53 штуки). Материал труб – сплав Инконель 690 (Inconel 690) [65].
Во время нормальной эксплуатации теплообменник заполнен конденсатом и находится под давлением первого контура. В случае аварийной ситуации, связанной с отсечением турбины, остаточное тепло от реактора начинает отводиться через данную систему. После открытия вентилей на линии слива образуется контур однофазной естественной циркуляции. Горячая вода попадает в трубный пучок через верхний коллектор из горячей ветки ГЦК и отдает тепло воде в бассейне IRWST. Холодная вода возвращается обратно в реактор. Бассейн IRWST поглощает остаточное тепло от реактора в течение часа, прежде чем вода в нем достигает температуры насыщения при давлении в ЗО и начинает кипеть. Пар, образующийся в результате кипения воды, конденсируется на стальных стенках контейнмента, которые охлаждаются водой или воздухом с помощью системы пассивного охлаждения защитной оболочки (Passive Containment Cooling System – PCCS). Конденсат за счет силы тяжести стекает обратно в бак. Воды в бассейне, расположенном в верхней части контейнмента, достаточно на 72 ч охлаждения активной зоны [66, 67].
2.3.1.2 Реактор MARS (Италия)
В Италии специалистами Римского университета (University of Rome «La Sapienza») была предложена концепция реактора с внутренне присущей безопасностью MARS. Реактор с водой под давлением имеет однопетлевую конструкцию и работает на тепловой мощности 600 МВт. Реактор разрабатывался для размещения в густонаселенных районах с целью получения электро- и тепловой энергии, а также для обессоливания воды [68]. Особенностью реактора является то, что все оборудование первого контура находится внутри защитной оболочки (Рressurized Containment for Primary Loop Protection – CPP), заполненной водой с давлением первого контура (7,5 МПа) и температурой 70 ºС [69].
Функцию отвода остаточных энерговыделений реактора MARS в случае аварии выполняет пассивная защитная система охлаждения активной зоны (Safety Core Cooling System – SCCS). Система работает на принципах естественной циркуляции. Для того чтобы не допустить выход радиоактивного теплоносителя первого контура в окружаю-
59
щую среду, в состав системы входят три контура. В качестве стока тепла используется сухая градирня, охлаждаемая атмосферным воздухом. Система имеет два канала, каждый из которых может полностью отводить остаточное энерговыделение от реактора, т.е. используется 100 % резервирование. Схема системы отвода остаточных энерговыделений реактора MARS изображена на рис. 2.7 [69].
Рис. 2.7. Пассивная защитная система охлаждения активной зоны реактора MARS: 1 – реактор, 2 – первый контур охлаждения, 3 – второй
контур охлаждения, 4 – третий контур охлаждения, 5 –градирня
60